DD143298A5

DD143298A5 - Einrichtung zur absorption mechanischer energie

Info

Publication number: DD143298A5
Application number: DD79212241A
Authority: DD
Inventors: Jeremi Maciejewski
Original assignee: Inst Chemii Przemyslowej
Priority date: 1978-04-17
Filing date: 1979-04-16
Publication date: 1980-08-13
Also published as: CS241035B2; RO79260A; CS929281A2; PL206170A1; US4307794A; CS241019B2; PL127164B3; DE2915131A1; CS240679A2

Description

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Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie

Anwendungsgebiet der -Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stoßen. Sie wird zur Absorption von Stoßenergie in Eisenbahnwagen, Kraftfahrzeugen,und dergleichen, als Bewegungsbegrenzpuffer für Fahrstühle, Brückenkrane und andere Einrichtungen, sowie als Schwingungsdämpfer angewandt·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bekannte Einrichtungen zur Absorption mechanischer Energie (PO-PS 198 005) charakterisieren den Energieabsorber gleichzeitig als Dämpfer der Schwingungen mit veränderlichen Amplituden sowie als Bewegungsbegrenzer. Diese Einrichtung besteht aus zwei Teilen - einem unbeweglichen Zylinder und einem darin eingeschobenen, beweglichen Teil, welcher aus mindestens einem beweglichen, an einer Seite mit einem Boden geschlossenen Zylinder und einem in den letzten Zylinder eingeschobenen, verschiebbaren Kolben besteht· Der Hohlraum zwischen den einzelnen Zylindern sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben ist mit die Stoßenergie absorbierenden und schwingung sdämpfenden Medien gefüllt. Hierbei verändern sich die elastischen.Eigenschaften in der Richtung vom unbe-

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v/eglichen Zylinder zum Kolben und die viskosen Eigenschaften nehmen in derselben Richtung zu. Als absorbierende schwingungsdämpfende Medien sind vorteilhaft geeignete Polysiloxanpolymeren verwendbar.

Das sich mindestens in einem Zylinder befindende Medium ist eine Substanz, die sich dadurch charakterisiert, daß sie sich im statischen Zustand wie eine viskose Flüssigkeit und im dynamischen Zustand wie ein hochelastischer Körper verhält.

Die beschriebene Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß das Medium in den beweglichen Zylindern bei der Kompensation des beim Stoß gewaltig ansteigenden Druckes mit Hilfe eines Systems von metallischen Federn, welche die Dichtungen zum Medium hin zudrücken, die sich in den Zylindern befinden, und in einem gespannten Zustand halten·

Das energieabsorbierende, viskoelastische und während der Arbeit des Absorbers komprimierte Medium wird beim Fließen zwischen den Zylinder- und Kolbenwänden entspannt. Da oedoch dieser Durchfluß einen plastischen Charakter hat, ist der Druck, welchen das Medium auf die Zylinderwand, den Kolben und die mit der Feder zugedrückte Dichtung ausübt, in allen Stellen des Zylinders nicht derselbe, Dadurch entstehen Gebiete mit höheren und niedrigeren Drücken. Die Feder, welche weder viskose Eigenschaften noch einen linear verlaufenden Druck aufweist, verhält sich in einem dynamischen System, bis zum Moment der Überschreitung eines für die angewandte Feder charakte-

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ristischen Kraftwertes_f wie ein steifer Körper, wodurch die absorbierte Energie erniedrigt und die Konstruktion des Absorbers beträchtlich kompliziert wird· Außerdem ist es notwendig, den Kolben und die Zylinder entsprechend zu profilieren (z.B. den Kolben durch die Abrundung der Ränder oder durch Formgebung eines auf einer Stange angesetzten Stempels u. dgl.) um den Druck des fließenden Mediums auf die mit Feder unterstützte Dichtung, anstatt auf die Zylinderwände zu lenken.

Ziel der Erfindung

Die" Erfindung hat zum Ziel, die aufgezeigten Nachteile zu beseitigen und die Benutzung konventioneller Federn auszuschalten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die genannten Nachteile können durch die Lösung der technischen Aufgabe, also durch Modifizierung beseitigt werden*

Erfindungsgemäß werden die konventionellen Federn (welche in den Zylindern die viskoelastischen, die Energie absorbierenden Medien in einem gespannten Zustand halten) durch viskoelastische Medien ersetzt. Auf den beweglichen Zylindern, sowie auf dem Kolben selbst sind zusätzliche Scheidewände aus Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi, Metall, je nach der Bestimmung der Einrichtung und in den Zylindern herrschenden Drücken vorgesehen. Die νbeweglichen Zylinder, in welche die anderen Zylinder

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und&r Kolben teleskopisch eingeschoben sind, werden mit diesen Scheidewänden in zwei Räume geteilt, wobei beide Räume mit demselben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien wie z.B. mit Polysiloxanpolymeren, flüssigen halogen-organischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen oder Polyalkoholen, gefüllt sind. Das sich in dem ersten Räume des Zylinders befindende Medium, d.h. in dem Räume, in welchem der zweite Zylinder oder der Kolben während der Arbeit der Einrichtung eingeschoben wird, absorbiert die mechanische Energie, das Medium in dem zweiten Räume des Zylinders (hinter der Scheidewand) dagegen hat die Aufgabe, das Medium in dem ersten Räume in einem gespannten Zustand zu halten. Diesen gespannten Zustand erhält man durch das Komprimieren des Mediums in dem zweiten Räume bis zum Druck über 100.10·^ Pa. Bei der angepaßten Scheidewand versichert das in dem zweiten Räume des Zylinders komprimierte Medium einen selbsttätigen Rücklauf des Kolbens bzw. der verschiebbaren Zylinder»

Jede o.g. Scheidewand teilt den Zylinder auf zwei Räume im Volumverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 0,01. Das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Zylinderdurchmesser beträgt von 0,999 : 1 bis 0,1 : 1. -

Die Scheidewand kann je nach Bestimmung der Einrichtung sowie den darin herrschenden Drücken aus Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi oder Metallen hergestellt werden.

Eine Abart ,,der oben beschriebenen Einrichtung stellt erfindungsgemäß ein Energieabsorber vor, welcher aus einem

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unbeweglichen und einem beweglichen, im Vergleich zur vorherigen Einrichtung konstruktiv modifizierten Teil besteht.

Den unbeweglichen Teil bildet ein Zylinder, der bewegliche Teil dagegen besteht aus einem in den unbeweglichen Zylinder eingeschobenen, auf einem elastischen Medium gestützten Kolben und einen teleskopisch eingeschobenen Zylinder.

Der bewegliche Zylinder ist auf zwei Räume mittels einer auf einem Kolben angesetzten Scheidewand geteilt, wobei beide Räume mit demselben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien z.B. mit Polysiloxanpolymeren, flüssigen halogenorganischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen oder Polyalkoholen, gefüllt sind. In dem ersten Räume, d. h. zwischen dem Boden des verschiebbaren Zylinders und der Scheidewand, sich befindendes, viskoelastisches Medium ist bis zum Druck über 1000 hPa komprimiert und der zweite Raum, hinter der Scheidewand, ist mit einem die mechanische Energie absorbierenden Medium gefüllt. Die Scheidewand teilt den beweglichen Zylinder im Volumverhältnis von 1 : 1 bis 1 : 0,01, wobei das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Zylinderdurchmesser von 0,999 : 1 bis 0,1 : 1 beträgt·

Die Anwendung einer Scheidewand in de.n oben beschriebenem, modifizierten Absorbern der mechanischen Energie erlaubt den Strom des viskoelastischen Mediums während der Bewegung des Kolbens in dem Zylinder zu steuern.

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Auch hierbei kann entsprechend den Bedingungen die Scheidewand aus den bereits aufgezeigten Materialien bestehen.

Die viskoelastischen Medien fließen unter der Einwirkung der äußeren Kräfte anders als die viskosen Flüssigkeiten. Der Durchfluß hat einen plastischen Charakter und das Medium fließt nicht neben den Zylinderwänden, sondern durch die Mitte der Ringspalte zwischen dem Zylinder und dem Kolben. Die Scheidewand übernimmt also den Druck des fließenden Mediums auf sich, und schon in der Anfangsphase des Kolbenlaufes zerstreut sie die Energie in dem die Feder ersetzenden Medium, auf welches sie mit inrer ganzen Oberfläche drückt. Während des Rücklaufs des Kolbens drückt die Scheidewand auf die Energie absorbierendes Medium mit ihrer ganzen Oberfläche, wodurch der Rücklauf viel schneller als es in bisher bekannten Lösungen erfolgt·

Die Anwendung viskoelastischer, zu hohem Druck komprimierter Medien in Absorbern hat noch den Vorteil, daß sie die Beständigkeit der Einrichtung beträchtlich verbessert* Das öftere Zusammendrücken der Metallfeder bewirkt ihre Erschlaffung, wodurch der auf das energieabsorbJsrende Medium ausgeübte Druck sich verringert. Eine solche Erscheinung (die Änderung der Federcharakteristik) tritt in der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht auf.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher er-

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läutert. In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: den schematischen Querschnitt einer Dreizylindereinrichtung mit einem verschiebbaren Kolben und ·

Fig. 2: eine Zweizylindereinrichtung mit einem verschiebbaren Zylinder.

In der Dreizylindereinrichtung (Bild 1) ist der Zylinder 4 mit viskoelastischem Medium 1 gefüllt, auf welchem sich der Zylinder 5 stützt. Der Zylinder 5 ist mit einem, die mechanische Energie absorbierenden, viskoelastischen Medium 2A und hinter der Scheidewand 8 mit einem viskoelastischen, bis zum Druck von 5000 kPa komprimierten Medium 2B gefüllt. E₃ ist vorteilhaft die beiden Räume des Zylinders 5 mit dem selben Medium, z.B. mit einem öl' vom Typ der Polysiloxanpolymeren oder in entsprechender Abwandlung zu füllen.

Der Zylinder 6 ist mit einem vorwiegend viskosen Medium 3A, vom Typ der Polysiloxanpolymeren und hinter der Scheidewand 9 mit einem viskoelastischen, bis zu 16 MPa komprimierten Medium 3B gefüllt· In dem Zylinder 6 bewegt sich der Kolben 7» welches die Stoß- und Schwingungsenergie übernimmt. Die öchwingungsenergie wird im Zylinder 6 durch das Medium 3A gedämpft, die Energie der starken Stöße dagegen wird durch den Zylinder 6, welcher hier die Funktion eines Kolbens leistet, auf das sich in dem Z_vlinder 3 befindende Medium 2A überträgt. Das elastische Medium 1 dient als ein Absorber der überschüssigen Energie, wenn die für die gegebene Einrichtung zulässigen Energiewerte überschritten werden.

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In der Zweizylindereinrichtung (Bild 2) ist der Zylinder 'mit einem elastischen Medium 1 gefüllt. Auf diesem Medium stützt sich der Kolben 14, -welcher in den beweglichen Zylinder 16 eingeschoben ist. Der bewegliche Zylinder ist mit einem viskoelastischen Medium 2A, vom Typ der PoIysiloxanpolymeren, gefüllt· Dieses Medium wird in einem gespannten Zustand durch ein viskoelastisches, bis zu 50 MPa komprimiertes und'vom Medium 2A mit der Scheidewand getrenntes Medium 2B gehalten. Zur Absorption sehr großer Energiemengen dient der mit demselben Medium gefüllte Zylinder 16, In dieser .einrichtung (Bild 2) wird die Schwin? gungsenergie durch ein elastisches Medium 1 und die Stoßenergie durch ein viskoelastisches Medium 2A gedämpft.

Claims

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Erfindungsanspruch . · ·

Einrichtung zur Absorption mechanischer Energie, insbesondere sehr starken Stößen, welche aus zwei Teilen, einem unbeweglichen, zylindrischen !Teil und einem darin teleskopisch eingeschobenen, beweglichen Teil, der aus mindestens einem beweglichen an einer Seite durch einen Boden abgeschlossenen Zylinder und einen · in den letzten Zylinder eingeschobenen, beweglichen Kolben besteht, zusammengestellt ist, wobei die Hohlräume zwischen den einzelnen Zylindern, sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben mit, die Stoßenergie absorbierenden und schwingungsdämpfenden Medien, deren elastische Eigenschaften in Richtung vom unbeweglichen Zylinder zum Kolben abnehmen und deren viskose Ei-genschaften in derselben Richtung zunehmen, vorteilhaft mit Polysiloxanpolymeren, gefüllt sind und wobei sich ein Medium in mindestens einem Zylinder im statischen Zustand durch einen viskosen Fluß und im dynamischen Zustand durch hohe Elastizität charakterisiert, gekennzeichnet dadurch, daß in dem beweglichen Teil der Einrichtung jeder beweglicher, die Rolle eines Kolbens leistender Zylinder zusätzlich mit einer Scheidewand (8; 9) versehen ist, welche jeden betriebenen Zylinder, worin teleskopisch der Zylinder (6) und der Kolben (7) eingeschoben ist, auf zwei Räume teilt, die mit dem selben oder verschiedenen viskoelastischen Medien, z.B. Polysiloxanpolymeren, flüssigen, halogenorganischen Polymeren, aliphatischen Alkoholen

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oder Polyalkoholen, gefüllt ist, wobei der erste * Raum der Zylinder (5; 6), in welchen während der Arbeit der Einrichtung der Kolben (7) und der Zylinder (6) eingeschoben wird, die Energie absorbierende Medien (2A; 3A), und der zweite, hinter der Scheidewand sich befindende Raum (8; 9) ein bis zum Druck über 100 KPa komprimiertes Medium enthält.

2· Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheidewände (8; 9) die Zylinder (5; 6) auf zwei Räume im Volumverhältnis 1: 1 bis 1 : 0,1 teilen und das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Durchmesser der Zylinder (5; 6) 0,999 : 1 bis 0,1 : 1 beträgt.

Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheidewand, je nach der Bestimmung der Einrichtung und darin herrschenden Drücken, aus Polytetrafluorethylen, Polyamid, Hartgummi oder Metallen hergestellt ist·

4, Einrichtung zur Absorbtion mechanischer Energie, insbesondere bei sehr starken Stößen, welche aus zwei Teilen, einem unbeweglichen, zylindrischen Teil und einem darin teleskopisch eingeschobenen beweglichen ^eil, der aus mindestens einem beweglichen, an einer Seite durch einen Boden abgeschlossenen Zylinder und einem in den letzten Zylinder eingeschobenen, beweglichen Kolben besteht, zusammengestellt ist,

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wobei die Hohlräume zwischen den einzelnen Zylindern, sowie zwischen dem letzten Zylinder und dem Kolben mit die Stoßenergie absorbierenden und schwingungsdämpfenden Medien, deren elastische Eigenschaften in Richtung vom unbeweglichen Zylinder zum Kolben abnehmen und deren viskose Eigenschaften in derselben Richtung zunehmen, vorteilhaft mit Polysiloxanpolymeren, gefüllt sind und wobei sich ein Medium in mindestens einem Zylinder im statischen Zustand durch einen viskosen "Fluß und im dynamischen Zustand durch hohe Elastizität charakterisiert, gekennzeichnet dadurch, daß der unbewegliche Teil aus einem in den unbeweglichen Zylinder (13) eingeschobenen und auf einem elastischen Medium (1) unterstützten Kolben (14) und aus einer in den unbeweglichen Teil teleskopisch eingeschobenen, beweglichen Zylinder (16), welcher mit einer, auf dem Kolben (14) angesetzten Scheidewand (15) auf zwei Räume geteilt ist, die mit dem selben oder mit verschiedenen viskoelastischen Medien, vom Typ der Polysiloxanpolymeren, flüssigen, halogenoorganischen Polymeren, aliphati- . sehen Alkohole und Polyalkohole, gefüllt sind, wobei in dem ersten Räume, zwischen dem Boden des beweglichen Zylinders (16) und der Scheidewand (15) enthaltenes Medium (2B) bis zum Druck über 100 KPa komprimiert ist und das Medium (2A) in dem zweiten Räume des beweglichen Zylinders (16) die Rolle eines Absorbers der mechanischen Energie spielt.

5* Einrichtung nach Punkt 4, gekennzeichnet dadurch,

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daß die Scheidewand (15) den beweglichen Zylinder (16) auf zwei Räume im Volumverhältnis 1 : 1 bis 1 : 0,01 teilt und das Verhältnis des Scheidewanddurchmessers zum inneren Zylinderdurchmesser 0,999 : 1 bis 0,1 : 1 beträgt.

Einrichtung nach Punkt 4-, gekennzeichnet dadurch, daß die Scheidewand (15), je nach der Bestimmung der Einrichtung oder darin herrschenden Drücken, aus Polytetrafluoräthylen, Polyamid, Hartgummi oder Metallen hergestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen